工廠供電第8章課件

接地與防雷第一節(jié) 電流對人體的作用及有關概念第二節(jié) 電氣裝置的接地第三節(jié) 過電壓與防雷上一頁下一頁返回23本章主要掌握的內容：上一頁下一頁返回電氣安全的有關知識電氣設備接地的有關概念及接地電阻的計算過電壓與防雷的有關概念電力線路、變電所及電氣設備的防雷措施第一節(jié) 電流對人體的作用及有關概念電氣事故的原因:1、 違章操作違反“停電檢修安全工作制度”，因誤合閘造成 維修人員觸電。違反“帶電檢修安全操作規(guī)程”，使操作人員觸及電器的帶電部分。帶電移動電器設備。用水沖洗或用濕布擦拭電氣設備。違章救護他人觸電，造成救護者一起觸電。對有高壓電容的線路檢修時未進行放電處理導致觸電。上一頁下一頁返回2、施工不規(guī)范誤將電源保護接地與零線相接，且插座火線、 零線位置接反使機殼帶電。插頭接線不合理，造成電源線外露，導致觸電。照明電路的中性線接觸不良或安裝保險，造成 中性線斷開，導致家電損壞。照明線路敷射不合規(guī)范造成搭接物帶電。隨意加大保險絲的規(guī)格，失去短路保護作用，

導致電器損壞。施工中未對電氣設備進行接地保護處理。上一頁下一頁返回3、產品質量不合格電氣設備缺少保護設施造成電器在正常情況下?lián)p壞和觸電。帶電作業(yè)時，使用不合理的工具或絕緣設施造成維修人員觸電。產品使用劣質材料，使絕緣等級、抗老化能力很低，容易造成觸電。電熱器具使用塑料電源線。4、 偶然條件電力線突然斷裂使行人觸電；狂風吹斷樹枝將電線砸斷；雨水進入家用電器使機殼漏電等偶然事件均會造成觸電事故。上一頁下一頁返回第八章人觸電傷亡主要是電流的作用。電流對人體的傷害程度與通過人體的電流強度、持續(xù)時間、電壓、頻率、路徑以及人體的健康有關。當較大的電流通過心臟時，會造成心臟功能紊亂，使大腦缺氧而迅速死亡。我國一般把工頻時30mA的電流作為安全電流的臨界值。國際上IEC于1980年提出了人體觸電時間和通過人體的電流（50HZ）對人體機體反應的曲線。圖8-1

：圖中黑色曲線左邊為安全的區(qū)域；此曲線為安全曲線。應注意：3區(qū)并不是絕對安全的。一、電流對人體的危害及有關概念上一頁下一頁返回1、電流的影響：人體觸電時，電流對人體會造成兩種傷害：電擊和電傷。是指電流通過人體，影響呼吸系統(tǒng)、心臟和神經系統(tǒng)，造成人體內部組織的破壞乃至死亡。是指在電弧作用下或熔絲熔斷時，對人體外部的傷害，如燒傷、金屬濺傷等。電擊所引起的傷害程度與下列因素有關：人體電阻的大小電流通過時間長短電流的大小電擊電傷上一頁下一頁返回2.

人體電阻人人體體電電阻阻：因由人體而內異電，阻通和常皮為膚電10阻4

組—成1，05Ω體內，電當阻角約質5外00層?。破人壞體時電，阻則的降平到均80值0—為12000000Ω?。，一般取下限值：

1700?。3.

電流強度對人的傷害工頻時觸電時間不超過1秒的安全電流值為30mA。工頻危險電流:

50mA及以上。電流頻率在40Hz

—

60Hz對人體的傷害最大。實踐證明，直流電對血液有分解作用，高壓高頻對人的危害較大。（但高頻電流可以用于醫(yī)療保?。?.

電流頻率對人體的傷害上一頁下一頁返回電流持續(xù)時間與路徑對人體的傷害電流通過人體的時間愈長，則傷害愈大。由圖8-1可看出，0.2秒是個界線，觸電時間超過0.2秒危險性加大。電流的路徑通過心臟會導致神經失常、心跳停止、血液循環(huán)中斷，危險性最大。其中電流的流經從右手到左腳的路徑是最危險的。電壓對人體的傷害安全電壓：不致使人致死或致殘的電壓。見表8-1觸電電壓越高，通過人體的電流越大，就越危險。上一頁下一頁返回二、直接觸電防護和間接觸電防護直接觸電：人體直接與正常帶電部分接觸而觸電。間接觸電：人體與正常時不帶電、而故障時可帶危險電壓的外露可導電部分（如設備的外殼、支架等）接觸。上一頁下一頁返回觸電方式1.

接觸正常帶電體(1)

電源中性點接地的單相觸電這時人體處于相電壓下，危險較大。通過人體電流:式中:Uφ: 電源相電壓

(220V)Ro: 接地電阻

≤

4ΩbR

: 人體電阻

1700ΩR0上一頁下一頁返回(2)

電源中性點不接地系統(tǒng)的單相觸電R'Ib對地絕緣電阻人體接觸某一相時，通過人體的電流取決于人體電阻Rb與輸電線對地絕緣電阻R′的大小。若絕緣良好，此時通過人體的僅為電容電流。但導線與地面間的絕緣可能不良(R′較小)，甚至有一相接地，這時人體中也有電容電流+泄漏電流通過（較大）。上一頁下一頁返回雙相觸電觸電后果更為嚴重。2.

接觸正常不帶電的金屬體當電氣設備內部絕緣損壞而與外殼接觸，將使其外殼帶電。當人觸及帶電設備的外殼時，相當于單相觸電。大多數(shù)觸電事故屬于這一種。(3)

雙相觸電這時人體處于線電壓下通過人體的電流：Ib上一頁下一頁返回U電位分布接地點0.8m

20m跨步電壓3.

跨步電壓觸電在高壓輸電線斷線落地時，有強大的電流流入大地，在接地點周圍產生電壓降。如圖所示。當人體接近接地點時，兩腳之間承受跨步電壓而觸電?？绮诫妷旱拇笮∨c人和接地點距離，兩腳之間的跨距，接地電流大小等因素有關。一般在20m之外，跨步電壓就降為零。如果誤入接地點附近，應雙腳并攏或單腳跳出危險區(qū)。雙腳跨步上一頁下一頁返回第二節(jié) 電氣裝置的接地一、接地的有關概念保護接地的原理（一）接地的有關概念1、接地體：埋入地下直接與土壤接觸，有一定散流電阻的金屬或金屬導體組。（扁鋼，鋼管或角鐵）2、接地線：連接接地體與電氣設備接地部分的金屬導線（扁鋼、圓鋼或鋼線）。3、接地裝置：接地體+接地線。圖8-7規(guī)程規(guī)定：接地干線與接地網(wǎng)的連接導線應不少于兩根，且在不同地點與接地網(wǎng)連接。上一頁下一頁返回4、“地”、對地電壓和接地電流距接地體20m以外的地方被認為是零電位，叫地：做電氣上的“地”。對地電壓：電氣設備的接地部分與零電位（大地）之間的電位差，用UE表示。接地電流：當電氣設備發(fā)生故障時，通過接地線、接地體半球形散流入大地的電流。見圖8-8。上一頁下一頁返回很小接地電阻=接地線電阻+接地體本身的電阻+散流電阻≈散流電阻6、接觸電壓和跨步電壓接觸電壓：加于人體某兩點之間的電壓Utou?？绮诫妷海褐冈诮拥毓收宵c附近行走時，兩腳之間出現(xiàn)的電位差。用Ustep表示，見圖8-9。5、接地電阻：上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回7、工作接地、保護接地、重復接地和共同接地工作接地：電氣設備的帶電部分因工作需要而接地。

例如：發(fā)電機、變壓器的中性點接地；避雷針、避雷器的接地；電壓互感器的一次側接地等。保護接地：為保障人身安全、防止觸電事故而進行的接地。例如：TA、TV的二次側接地；電氣設備的支架、外殼等接地，一般將電氣設備正常時不帶電的金屬部分接地。重復接地：TN系統(tǒng)中，在PE或PEN線上采用1點或多點接地。上一頁下一頁返回共同接地：用于IT系統(tǒng)中。當發(fā)生不同相碰殼故障時，設備的外殼會出現(xiàn)危險的電壓，危及人身安全。采用了共同接地，可造成相間短路，迅速切除故障。上一頁下一頁返回原理見下圖。當發(fā)生設備1，B相碰殼故障、設備2，C相碰殼故障，此時流經設備的接地電流為：壓為：

，，作用于設備1外殼上的電若RE1=RE2

，Uφ=220v，則U1=U2=

U1=U2=190V。若人體電阻取1700?，流過人體的電流為：危險！電源上一頁下一頁返回電源（二）保護接地的方式、原理和具體要求①設備的外露可導電的部分經各自的接地線（PE線）直接接地。例如：TT、IT系統(tǒng)。②設備的外露可導電的部分經公共的PE或PEN線接地。在我國習慣稱為“保護接零”。例如：TN系統(tǒng)。1)對IT系統(tǒng)分析IT；2）對TT、TN系統(tǒng)分析1、保護接地的方式上一頁下一頁返回2、保護接地的原理:2）對TT、TN系統(tǒng)分析對TT系統(tǒng)：如圖所示當一相碰殼且人接觸設備外殼時，流過人體的電流為（人體電阻取1700?）：若采用保護接地時（若取接地電阻為4?）：此電流會使保護動作迅速跳閘，解除危險。此時通過人體的電流為：110/1700=65mA。此電流存在的時間短，人觸電的幾率較小。?對TN系統(tǒng)：分析如圖。上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回返26TT系統(tǒng)TN系統(tǒng)應特別注意：在同一低壓配電系統(tǒng)中，不允許TT和TN系統(tǒng)混用。否則當外殼為直接接地的設備發(fā)生單相碰殼故障時，因接地電流較小，故障會長期存在，此時公共的PEN線電壓會升高，采用保護接零的設備外殼會帶上危險的電壓。見圖8-11上一頁下一頁返回零線電位升高危險！上一頁下一頁返回同一系統(tǒng)中，保護接地和保護接零不能混用。TN系統(tǒng)中的PE或PEN線不得斷開，原則上不得裝開關和熔斷器。相線和零線不得接反。相線上應裝熔斷器或自動開關保護，并校驗單相碰殼故障電流能否使保護動作斷開線路，如果不能，應設法減小回路電阻。上一頁下一頁返回3、保護接地的具體要求：（三）重復接地的原理圖8-12思考題上一頁下一頁返回二、電氣裝置的接地和接地電阻工頻接地電阻≈散流電阻沖擊接地電阻：雷電流流經接地裝置所呈現(xiàn)的接地電阻。我國規(guī)定的部分電力裝置所允許的接地電阻值見劉介才.工廠供電附錄表24

三、變電所的接地裝置接地裝置=接地線+接地體接地體分為自然接地體和人工接地體。1、自然接地體：埋入地下水道的金屬管、與大地有可靠連接的建筑物的鋼結構和鋼筋、電纜的金屬外皮（不少于兩根）、行車的鋼軌、工業(yè)用的金屬管道（除去易燃、易爆的管道）等。上一頁下一頁返回2、人工接地體：分為垂直接地體和水平接地體。上一頁下一頁返回垂直接地體：一般選用鋼管￠50mm，管長約2.5m，管壁厚不小于3.5mm，管頂距地面不宜小于0.6m。（沿海地區(qū)采用扁銅及銅管作為接地體。）水平接地體：一般采用40×4的扁鋼，或角鋼，距地面0.6m以上埋設。（二）接地裝置的布置：一般采用環(huán)形布置。圖8-17U上一頁下一頁返回L四、接地裝置的計算（一）人工接地體工頻接地電阻的計算1、單根管型垂直接地體理論計算公式：：埋設地中的土壤電阻率，?.m

。：接地體長度，m。：接地體直徑，m。簡化計算公式：K——簡化計算系數(shù)，1/m?！獮楣茏拥拈L度，m。上一頁下一頁返回2、多根垂直接地體接地電阻的計算：垂直接地體的根數(shù)。：多根垂直接地體的利用系數(shù).根據(jù)管距與管長之比及n查表3。多根接地體之間的電流屏蔽效應見下圖上一頁下一頁返回表3敷設成環(huán)形時（未計入連接扁鋼的影響）管間距離與管子長度之比管子根數(shù)n利用系數(shù)管間距離與管子長度之比管子根數(shù)

n利用系數(shù)140.66~0.721200.44~0.5020.76~0.8020.61~0.6630.84~0.8630.68~0.73160.58~0.651300.41~0.4720.71~0.7520.58~0.6330.78~0.8230.66~0.711100.52~0.581400.38~0.4420.66~0.7120.56~0.6130.74~0.7830.64~0.69返47上一頁下一頁返回3、環(huán)形接地網(wǎng)(帶)的接地電阻：環(huán)形接地網(wǎng)所包圍的面積m3。4、單根水平帶形接地體的接地電阻（?）（三）沖擊接地電阻Rsh的計算通常Rsh＜RE，按國標GB50057——1994《建筑物防雷設計規(guī)范》規(guī)定，沖擊接地電阻的計算公式為：—為換算系數(shù)，可查圖8-19（p287）l-單根水平接地體長度

m。上一頁下一頁返回（四）接地裝置的計算程序及示例

1、計算程序1）按規(guī)范要求確定允許的RE或REal；確定接地體布置方案（包括接地體和接地線的尺寸）；計算單根垂直接地體的接地電阻RE（1）

；用逐步漸進法確定垂直接地體根數(shù)，

；大接地電流系統(tǒng)應校驗單相短路時的熱穩(wěn)定（110KV及以上系統(tǒng)）；為接地線的最小允許截面mm2。為單相短路電流，A。為單相短路持續(xù)時間，秒。上一頁下一頁返回某車間變電所主變壓器容量為500KVA，電壓為10/0.4kv，連接組為Y，yn0。試確定該變電所高低壓共用接地裝置的垂直接地

鋼管和連接扁鋼的尺寸。已知裝設地點的土質為沙質粘土，10KV側有電氣聯(lián)系的電纜線路總長為25km，有電氣聯(lián)系的架空線路為70km。該地區(qū)考慮凍土深度為0.5m。解：1、確定允許的接地電阻值查附錄表24，此變電所高低壓共用接地裝置的接地電阻應滿足的條件為：比較可知：此變電所接地電阻允許值RE≤4?。例1上一頁下一頁返回2、接地裝置的初步方案初步考慮圍繞變電所四周，距變電所墻角2～3m，打入n根Φ50mm、長2.5m鋼管，每隔5m打入一根，管頂距地面0.7m。管子之間用40×4mm2的扁鋼焊接，扁鋼距地面0.75m處敷設。上一頁下一頁返回3、計算單根鋼管的接地電阻查附錄表25，得沙質土壤電阻系數(shù)ρ=100?.m，可求出：RE（1）=100/2.5=40?5、校驗接地電阻是否滿足要求：根據(jù)n=16，再查表3，得ηE≈0.655，可計算出：所以所選接地根數(shù)滿足要求。4、確定垂直接地體的根數(shù)按式 先估算，40/4=10?，初選15根直徑為50mm2

、長為2.5m的鋼管作垂直接地體，根據(jù)a/l=5/2.5=2和n=15，查表3，（在n=10和n=20之間取ηE的中間值）可得ηE≈0.66，可得：因此可選n=16根，環(huán)形布置。上一頁下一頁返回五、低壓配電系統(tǒng)的漏電保護和等電位連接（一）漏電保護器的基本結構和原理漏電保護器又稱漏電開關：有電壓動作型和電流動作型。電流動作型漏電保護器原理：它由主開關、零序電流互感器和脫扣裝置構成。原理圖：上一頁下一頁返回ABCNPE上一頁下一頁返回正常運行時,三相電流的向量和等于零，零序電流互感器二次側無輸出電流。發(fā)生漏電或觸電時，TA0二次側有輸出電流，從而有輸出電壓，此電壓經放大后，加在脫口器的動作線圈上，脫口裝置動作，將主開關斷開，切除故障線路。應注意：PE線不得穿過零序電流互感器上一頁下一頁返回工作原理：上一頁下一頁返回將PE或PEN線與電氣裝置的接地干線、建筑物內的各種金屬管道以及建筑物金屬構件等都與總等電位連接端子相接。見圖8-25。又稱輔助等電位連接。在遠離總等電位連接的、非常潮濕的、觸電危險性大的局部地域內進行等電位連接，稱為——。圖8-25。（二）等電位連接1、總等電位連接：2、局部等電位連接：上一頁下一頁返回第三節(jié) 過電壓與防雷上一頁下一頁返回一、過電壓與雷電的有關概念（一）過電壓的形式過電壓：指電氣線路或電氣設備上出現(xiàn)的超過正常工作要求的電壓。1、內部過電壓在電力系統(tǒng)中，由于操作、事故或其他原因引起的系統(tǒng)電壓升高。內部過電壓又分為操作過電壓和諧振過電壓。一般工廠供配電系統(tǒng)常見的內部過電壓有:1)由于電壓互感器鐵芯飽和而產生的鐵磁諧振過電壓；2）單相不穩(wěn)定電弧接地產生的過電壓。內部過電壓較小，一般不會超過3～4倍的額定電壓。2、外部過電壓又稱大氣過電壓或雷電過電壓。電壓可高達1億伏，電流可高達幾十萬安培。3、雷電現(xiàn)象天空中大規(guī)模的放電現(xiàn)象，全球平均每天發(fā)生800萬次雷電，一可次分雷為電：可直釋擊放雷出、幾感億應焦雷耳、的球能雷量。4、雷電過電壓的基本形式直擊雷過電壓感應雷過電壓侵入波過電壓（二）雷電的形成及有關概念1、雷電的形成2、雷電的有關名詞概念（1）雷電流的大小及波形雷電流最高可達幾十萬安培。 波形見8-29上一頁下一頁返回（2）雷電流的陡度：即雷電流對時間的變化率，用α表示。α越大，過電壓越高，破壞性越大，波頭部分最為嚴重。（3）年平均雷暴日與雷暴小時年平均雷暴日：每年有雷電的日子（凡有雷電活動的日子，包括聽到雷聲或看到閃電）。年平均雷暴小時：每年中有雷電的小時數(shù)。由當?shù)貧庀蟛块T統(tǒng)計。一般1個雷暴日折合3個雷暴小時。雷暴日不超過15日的

為少雷區(qū)；超過40日的為多雷區(qū)。。濟南的年平均雷暴日為30日上一頁下一頁返回（4）年預計雷擊次數(shù)N：Ta：年平均雷暴日數(shù)。

Ae：與建筑物接收雷擊次數(shù)相同的等效面積，km2。K：修訂系數(shù)，一般取1，①空曠孤立的建筑物，K=2；②金屬屋面磚木結構的建筑物K=1.7；③位于河邊、湖邊、土壤潮濕、土壤電阻率低的地方K=1.5。（三）雷擊規(guī)律1、對建筑物，高的尖端的地方易遭受雷擊。2、熱而潮濕的環(huán)境、山區(qū)、7、8月份，雷電易發(fā)生。3、土壤電阻率低的地方、有利于雷云與大地建成良好通道者、山區(qū)的東南坡及山中的平地、變電所或架空線路（地下有金屬框的地帶）容易遭受雷擊。上一頁下一頁返回二、防雷設備（一）接閃器上一頁下一頁返回又稱受雷裝置。專門用來接收直擊雷的金屬物體，包括：避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)和避雷線。它們都要通過接地線與埋于地下的接地裝置相連。避雷針：一般采用鍍鋅圓鋼，針長1～2m，或鍍鋅鋼管（內經不小于25mm，厚度不小于3mm）制成。通常安在支架、構架或建筑物上。避雷線：又稱架空地線。一般采用鍍鋅鋼絞線，架設在架空線路的上邊。避雷帶：采用直徑不小于8mm的圓鋼或截面不小于48mm2、厚度不小于4mm的扁鋼，沿屋頂周圍裝設。高出屋面100～150mm，支持卡間的距離1～1.5m。避雷網(wǎng)：屋頂上面用圓鋼或扁鋼縱橫連接成網(wǎng)。避雷帶和避雷網(wǎng)必須經1～2根引下線與接地裝置可靠連接。計算方法……略。反擊現(xiàn)象：圖8-18當雷電擊到避雷針時，雷電流經接地裝置引入大地。若避雷針與建筑物內、外的設備絕緣距離不夠時，會發(fā)生放電現(xiàn)象，這種情況稱為反擊現(xiàn)象。如圖：地上的安全距離不得小于5m。地下的安全距離不得小于3m。上一頁下一頁返回用于防感應雷。主要類型：排氣式避雷器（即管型避雷器）保護間隙金屬氧化物避雷器1、閥式避雷器：類型：主要有FS、FZ、FCD、FCZ（帶磁吹，用于330kv及以上）。組成：火花間隙+閥性電阻盤

見圖8-34作用原理：電力系統(tǒng)正常運行時，火花間隙具有足夠的對地絕緣強度，可

阻止工頻電流通過。但在雷電壓的作用下，火花間隙被擊穿放電，雷電流通過閥性電阻盤入地。過電壓消失后，線路上恢復工頻電

壓，火花間隙迅速恢復，線路恢復正常。（二）避主雷要器用于大氣過電壓，也閥式避雷器上一頁下一頁返回用于內部過電壓厚度約20～30mm，直徑約75～100mm，由金剛砂（sic）細粒、水玻璃和石墨燒結而成.上一頁下一頁返回2、管型避雷器上一頁下一頁返回用于戶外。我國110kv以上一般用于保護線路和隔離開關的絕緣子。作用原理：見圖8-363、保護間隙又稱角形避雷器。它簡單、經濟、維護方便，但保護性能差。當線路上采用自動重合閘時，才使用它。結構：圖8-37上一頁下一頁返回4、金屬氧化物避雷器上一頁下一頁返回類型：1）無火花間隙（壓敏電阻片），2）有火花間隙。壓敏電阻片：由氧化鋅或氧化鉍等金屬氧化物燒結而成的多晶半導體陶瓷元件，具有理想的閥特性。三、防雷措施（一）架空線路的防雷措施架設避雷線：提1高0k線v及路以本下身的的線絕路緣一水般平不；裝設避雷線；35kv的架空線路（3僅）在利進用入三變角電形所的的頂一線段作線為路避上雷裝線設；；110kv及以上的線路全（4線）裝裝設設避自雷動線重。合閘裝置；（據(jù)5）統(tǒng)個計別，絕我